استراتژی های پایدار و انعطاف پذیر جدید برای طراحی شبکه سوخت های زیستی نسل دوم تحت روش فازی تصادفی ترکیبی (مقاله اول)

 چکیده :

امروزه، نگرانی در مورد کاهش سوخت فسیلی، بحران زیست محیطی و امنیت انرژی منجر به تولید انرژی تجدیدپذیر می شود. مطالعه حاضر یک مدل برنامه ریزی خطی مختلط مقاوم در برابر پایدار و انعطاف پذیر چند هدفه، چند دوره ای، چند محصولی را برای طراحی بهینه شبکه های زنجیره تأمین سوخت های زیستی نسل دوم تحت عدم اطمینان ارائه می دهد. برای مقابله با عدم قطعیت پارامترها از یک رویکرد فازی تصادفی ترکیبی جدید استفاده شد و از روش جمع وزنی برای مقابله با مسئله چند هدفه استفاده شد. اقدامات انعطاف پذیری متعددی برای افزایش انعطاف پذیری شبکه و مقاومت در برابر هرگونه اختلال ارائه شده است. علاوه بر این، استراتژی هایی برای تحقق تأثیرات اجتماعی برای توسعه پایدار شبکه در نظر گرفته شده ارائه شده است. سپس، یک مطالعه موردی واقعی برای بررسی اعتبار مدل پیشنهادی اجرا شده است. نتایج نشان داد که با در نظر گرفتن همزمان سه اقدام، از جمله انعطاف پذیری، تأثیرات اجتماعی و هزینه و ایجاد یک معامله بین آنها توسط تصمیم گیرندگان، می توان طراحی شبکه زنجیره تأمین سوخت زیستی را به روشی بهینه تقویت کرد.

کلمات کلیدی : طراحی شبکه سوخت های زیستی، انعطاف پذیری، پایداری، عدم قطعیت، بهینه سازی چند هدفه 

 مقدمه :

برای دستیابی به آینده ای پایدار، منابع انرژی تجدیدپذیر بهترین جایگزین برای سوخت های فسیلی هستند. سوخت های زیستی به دلیل پتانسیل قابل توجهی که برای بهبود امنیت انرژی و کاهش تأثیرات نامطلوب آلودگی ها بر محیط زیست دارند، می توانند جایگزین سوخت های فسیلی مورد استفاده در بخش حمل و نقل شوند. بیودیزل و بیواتانول مهمترین سوختهای مایع به عنوان سوختهای جایگزین مبتنی بر نفت در بخشهای حمل و نقل هستند. بیودیزل با توجه به کاهش 19 تا 56 درصدی گاز گلخانه ای، در مقایسه با سوخت دیزل معمولی سازگار با محیط زیست است و اتانول در مقایسه با بنزین 12 درصد انتشار دی اکسیدکربن را کاهش می دهد. Neem ، معروف به "درخت طلایی" یک درخت بومی همیشه سبز است که کاربردهای مختلفی دارد، می تواند برای مدیریت آفات، جنگل کاری مجدد، اهداف پزشکی، مواد آرایشی، حفاظت از محیط زیست، ترمیم خاک، تولید انرژی استفاده شود. Neem  به دلیل ریشه های عمیق خود می تواند مناطق بسیار خشک با بارش کمتر از 400 میلی متر سالانه را تحمل کند. Neem با دمای بالا تا 48 درجه، خاکهای ضعیف، شور و قلیایی سازگار است. هسته های Neem  شامل روغنهای غیر خوراکی از 30 تا 50 درصد به همراه بسیاری از مواد فعال است. Neem  به دلیل ویژگی های شیمیایی-کالری و انتشار آلاینده های کم به عنوان یک گزینه بالقوه برای سوخت های فسیلی در نظر گرفته شده است. Neem همراه با کاربردهای مختلف آن به عنوان یک منبع بیودیزل پایدار در بین روغن های غیر خوراکی دسته بندی می شود. گیاه Eruca sativa (ES) گیاهی یک ساله یا دو ساله است که می تواند شرایط سختی مانند مناطق خشکسالی، کیفیت پایین خاک، زمین های حاشیه ای و بیماری ها را تحمل کند و می توان آن را توسط فاضلاب آبیاری کرد. ES به دلیل محتوای بالای اسید اوریک آن گزینه مناسبی برای تولید بیودیزل است. علاوه بر این، روغن هسته ES یک منبع غیرقابل خوردن و ارزان برای تولید بیودیزل است. مدیریت زنجیره تأمین SCM)(Supply chain management  شامل برنامه ریزی، اجرا و کنترل عملکردهای زنجیره تأمین به طور موثر است. طراحی شبکه زنجیره تأمینSupply chain network design (SCND) به عنوان یکی از مهمترین تصمیمات استراتژیک در SCM)) در نظر گرفته شده است، که با تعیین مکان، تعداد و ظرفیت تأسیسات در نظر گرفته شده به همراه جریان مواد در بین آنها، بر عملکرد کل زنجیره تامین تأثیر می گذارد. در (SCND) ، ممکن است تصمیمات ترکیبی در سطح استراتژیک و تاکتیکی به منظور جلوگیری از راه حلهای بهینه در نظر گرفته شود. تصمیمات استراتژیک در مورد تعداد، مکان ها، در حالی که تصمیمات تاکتیکی شامل میزان تولید، سطح موجودی و حالت های حمل و نقل است. در (SCND) سوخت های زیستی، تصمیمات استراتژیک شامل مکان تولید، جمع آوری، ذخیره و توزیع سوخت های زیستی است. تصمیمات تاکتیکی عمدتا در مورد میزان تولید، موجودی، میزان جریان بین گره ها و حالت حمل و نقل است. این مقاله به سوالات مهم زیر به طور موثر پاسخ خواهد داد:

·         چه استراتژی هایی برای توسعه مدل چند دوره ای و چند محصولی برای طراحی سوخت زیستی SCN باید انجام شود؟

·         از چه روشی برای ارتقا مسائل corporate social responsibility )CSR( در طراحی شبکه پایدار سوخت های زیستی استفاده می شود؟

·         چه روش هایی باید برای بهبود کل قابلیت انعطاف پذیری زنجیره تأمین سوخت زیستی استفاده شود؟

·         برای برنامه ریزی صحیح و مقابله با عدم اطمینان چه راهکارهایی باید استفاده شود؟

نوآوری مقاله :

1.       مطالعه حاضر یک مدل چند دوره ای چند محصولی جدید را برای طراحی یک زنجیره تأمین نسل دوم بیودیزل و بیواتانول به طور همزمان در یک مطالعه موردی واقعی از Neem و ES به عنوان محصولات بالقوه بالایی که با استراتژیک مقابله می کنند (به عنوان مثال تصمیمات مکان) در نظر می گیرد.

2.       شاخص های انعطاف پذیری جدید شامل شعاع پوشش، تأمین کنندگان خارجی، گسترش ظرفیت، پیچیدگی گره و پیچیدگی جریان را برای پاسخ سریع به حوادث مخرب، کاهش انعطاف پذیری شبکه و کمی انعطاف پذیری در زنجیره تأمین سوخت های زیستی بررسی شده است. اندازه گیری شعاع پوشش به عنوان ابزاری جدید برای بهینه سازی، حمل و نقل بین امکانات و مناطق تقاضا را کاهش می دهد و از تقاضای برآورده نشده جلوگیری می کند. اقدام تأمین کننده خارجی کمک می کند تا از واردات نامطلوب دانه های Neem و ES از کشورهای دیگر جلوگیری شود. اندازه گیری ظرفیت برای حفظ ظرفیت امکانات به روشی بهینه است. در شبکه، پیچیدگی گره و پیچیدگی جریان می توانند به ترتیب از پیچیدگی کل گره ها و پیوندهای بین گره ها جلوگیری کنند.

3.       در این مقاله بعد اجتماعی پایداری را برای افزایش مسائل CSR در زنجیره تأمین در نظر گرفته شده و معامله ای را برای اقدامات انعطاف پذیری، پایداری و هزینه تعیین می کند. این کار با هدف به حداکثر رساندن فرصت های شغلی و توسعه اقتصادی متعادل، تأثیر اجتماعی زنجیره تأمین پیشنهادی را بهبود می بخشد و کمی ارزیابی شده است.

4.        در این مدل، پارامترها، از جمله تقاضا و هزینه ها، به دلیل ماهیت دینامیکی زنجیره تأمین سوخت زیستی، دارای درجه قابل توجهی عدم اطمینان هستند. برای محافظت در برابر عدم اطمینان، از یک رویکرد قوی فازی تصادفی ترکیبی جدید استفاده شده است.

مرور ادبیات :

در بخش مرور ادبیات مقالات در چهار دسته مورد بررسی قرار گرفته اند : 1) طراحی شبکه زنجیره تامین سوخت زیستی 2) طراحی شبکه زنجیره تامین پایدار 3) طراحی شبکه زنجیره تامین انعطاف پذیر 4) روش عدم قطعیت

1)      طراحی شبکه زنجیره تامین سوخت زیستی

Ezzati et al. (2018) یک مدل برنامه ریزی خطی عدد صحیح (MILP) برای طراحی شبکه زنجیره تامین بیودیزل ارائه دادند. آنها گزارش دادند که نتایج این مطالعه می تواند توسط سرمایه گذاران تولید بیودیزل استفاده شود. Yue et al. (2014b) مسائل کلیدی و فرصت های مدل سازی زیست توده به انرژی های زیستی و سوخت های زیستی را بررسی کرد. آنها همچنین مزایای بی شماری از سوخت های زیستی هیدروکربنی را توصیف کردند. Ng et al. (2018) برای طراحی زنجیره های تأمین سوخت زیستی به منظور انتخاب مکان های مناسب انبار و تصفیه خانه ، به مدل یکپارچه MILP چند دوره ای همراه با سیستم های اطلاعات جغرافیایی پرداختند. Sharma et al. (2013) یک مدل بهینه سازی سناریو را برای طراحی شبکه زنجیره تامین تصفیه خانه، برای رفع عدم قطعیت آب و هوا گسترش داد. به حداقل رساندن هزینه زیست توده هدف اصلی این مدل بود. Ebadian et al. (2013) یک مدل MILP برای طراحی شبکه زنجیره تامین بیوتانول فرموله کرد. در مطالعه آنها ، تأثیر سیستم های ذخیره سازی در هزینه تحویل داده شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. Li and Hu (2014) برای به حداکثر رساندن سود سالانه تولیدکنندگان سوخت های زیستی ، برای طراحی شبکه سوخت زیستی پیشرفته تحت عدم قطعیت، یک مدل برنامه ریزی دو مرحله ای برنامه ریزی کردند. آنها در مرحله اول و دوم مطالعه خود به ترتیب تصمیمات مربوط به سرمایه گذاری را گرفتند و جریان زیست توده و سوخت زیستی را تأیید کردند.

2)       طراحی شبکه زنجیره تامین پایدار

Roni et al. (2017) برای تعیین هزینه ها ، اثرات زیست محیطی و اجتماعی سوخت های زیستی ، یک مدل چند هدفه MILP را برای طراحی شبکه زنجیره تامین سوخت های زیستی ارائه داد. مدل پیشنهادی تأثیر اجتماعی تولید سوخت های زیستی را بهینه می کند و تعداد شغل های تولید شده تأثیرات اجتماعی را ارزیابی می کند.  Yue et al. (2014a)یک مدل بهینه سازی جدید برای طراحی شبکه زنجیره تامین زیست توده پایدار به برق ارائه داده دادند. آنها از ارزیابی چرخه زندگی با استفاده از تکنیک های بهینه سازی استفاده کردند. در بعد اجتماعی ، آنها تعداد کل مشاغل ایجاد شده در زنجیره تامین زیست انرژی را در نظر گرفتند. یک مدل چند هدفه MILP یکپارچه با مزایای اجتماعی برای طراحی زنجیره های تأمین تصفیه خانه بیورا در جنگل توسط Cambero and Sowlati (2016) توسعه داده شد. هدف از مطالعه آنها به حداکثر رساندن مزایای اجتماعی است و آنها تأثیرات مکان و نوع مشاغل جدید را در نظر گرفتند.

3)        طراحی شبکه زنجیره تامین انعطاف پذیر

Huang and Pang (2013) برای ارزیابی سیستم زیرساختی برای تولید سوخت های زیستی ، یک مدل برنامه نویسی تصادفی مختلط چند منظوره را تولید کردند. آنها انعطاف پذیری را در سیستم های زیرساختی سوخت های زیستی در نظر گرفته اند. Zhao and You (2019) با در نظر گرفتن اقدامات کمی تاب آوری ، زنجیره تأمین انعطاف پذیر را طراحی کردند. آنها نشان دادند که برای زنجیره تأمین انعطاف پذیرتر ، باید کل هزینه های بیشتری را سرمایه گذاری کرد. Sabouhi et al. (2018) یک روش ترکیبی را برای طراحی شبکه زنجیره تامین انعطاف پذیر دارو و انتخاب تأمین کننده تحت خطرات عملیاتی و اختلال ارائه داد. در مرحله اول ، از مدل DEA فازی برای ارزیابی کارایی تأمین کنندگان استفاده شد. Hasani and Khosrosjerdi (2016) یک مدل غیر خطی عدد صحیح مختلط را برای یک طراحی شبکه زنجیره تامین جهانی قوی در برابر عدم قطعیت ارائه دادند. آنها چندین راهکار انعطاف پذیری را برای مقابله با اختلالات در نظر گرفتند.

4)        روش عدم قطعیت

ماهیت پویای زنجیره های تأمین سوخت های زیستی منجر به عدم اطمینان می شود. بسیاری از محققان رویکردهای مختلف عدم اطمینان را برای مقابله با رفتار نامطمئن پارامترهایی مانند تأمین منابع زیست توده ، هزینه ها و تقاضا در شبکه زنجیره تامین سوخت زیستی در نظر گرفته اند. اکثر آنها برنامه نویسی تصادفی (You, 2013; Ghelichi et al., 2018; Arabi et al., 2019a; Osmani and Zhang; 2014; Marufuzzaman et al., 2014) و بهینه سازی قوی ( Zhao and You, 2019; Zhang and Jiang, 2017; Mohseni et al., 2016; Azadeh and Arani, 2016) به منظور مواجهه با عدم اطمینان پیشنهاد کردند. رویکرد برنامه نویسی احتمالی توسط Babazadeh et al. (2017a) استفاده شد برای طراحی شبکه زنجیره تامین بیودیزل تحت عدم اطمینان از پارامترهای مختلف از جمله تأمین زیست توده ، سوخت های زیستی و نیازهای گلیسیرین ، ضریب محیطی و هزینه ها.

توضیحات و فرمول مسئله :

شبکه سوخت زیستی به ترتیب شامل پنج و چهار سطح برای بیودیزل و بیواتانول است. زنجیره تامین بیودیزل شامل مزارع کشت Neem (NCF)، مراکز جمع آوری و استخراج روغن (COC)، مراکز کارخانه بیودیزل (BPC)، مرکز ذخیره سازی و توزیع بیودیزل (BSCs) و مناطق مشتری بیودیزل (BCZs) در حالی که زنجیره تامین بیواتانول حاوی کشت ES است. مزارع (ECF)، مراکز پالایشگاه زیستی اتانول (EBC)، مراکز توزیع و ذخیره سازی اتانول (ESC) و مناطق مشتری اتانول (ECZ). همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، بذرهای غیر خوراکی Neem و ES برداشت و به COC منتقل می شوند. پس از آن، روغن های استخراج شده به BPC منتقل می شوند. بیودیزل تولید شده به BSC ارسال می شود تا برای BCZ آماده شود. گلیسیرین یک محصول جانبی از پالایشگاه زیستی است که به مناطق مشتری گلیسیرین (GCZ) منتقل می شود. در زنجیره تأمین اتانول زیستی، ما بقایای جامد برداشت شده ES را به عنوان مواد اولیه ای که به EBC ارسال شده و به بیواتانول تبدیل می شوند، در نظر گرفته شده است. پس از آن، بیواتانول تولید شده به ESCs و سپس به ECZ منتقل می شود.

فرضیه های زیر برای تدوین مدل SCND در نظر گرفته شده است:

این شبکه تولید بیودیزل، بیواتانول و گلیسیرین از گیاهان Neem و ES را در نظر گرفته است.

سایتهای مورد نیاز بیودیزل، بیواتانول و گلیسیرین مشخص است.

سایت های بالقوه NCF، ECF، COC، BPC، BSC، EBC و ESC از پیش تعریف شده اند.

دانه های Neem و ES می توانند از کشورهای دیگر وارد شوند.

بار آوردن یک درخت Neem به طور متوسط چهار سال طول می کشد. بنابراین، تسهیلات باید ظرف چهار سال ایجاد شود تا زمانی که درختان Neem شروع به باروری می کنند.

نیازهای بیودیزل، بیواتانول و گلیسیرین به ترتیب از طریق BSC ها، ESC ها و BPC ها برآورده می شود.

روشهای حمل و نقل جاده ای و ریلی در مدل پیشنهادی در نظر گرفته شده است.

 این در این مقاله سه تابع هدف نوشته شده است : (تابع هدف اول) شاخص های انعطاف پذیری، (تابع هدف دوم) تأثیرات اجتماعی تابع هدف، (تابع هدف سوم) تابع هدف هزینه که در ادامه آنها را بررسی میکنیم.

1.       تابع هدف اول: شاخص های انعطاف پذیری

برای اینکه کل شبکه در برابر هر نوع آشفتگی مقاوم باشد، و تحت هر شرایطی از خواسته های برآورده نشده جلوگیری کند، اقدامات مختلف انعطاف پذیری در مدل پیشنهادی به شرح زیر ارائه می شود:

                    1 -1   شعاع پوششی

معادلات 3-1 شعاع پوششی غیر قابل تایید بین تسهیلات را نشان میدهد.

1-2 تامین کنندگان خارجی

معادلات 5-4 واردات نامناسب از کشور خارجی را نشان میدهد.

1-3 گسترش ظرفیت

این معیار باعث ایجاد تعادل در گسترش ظرفیت کلیه امکانات از طریق تحمل خاص می شود، که در آن ظرفیت توسعه هر یک از زیرساخت ها باید در ظرفیت های پایین و بالا با یک تحمل از پیش تعریف شده باشد. (معادلات 10-6)

1-4 پیچیدگی گره

این معیار با تعیین تعداد کل زیرساخت های تأسیس شده، پیچیدگی گره شبکه را محاسبه می کند(معادلات12-11). بر اساس این معیار ، اگر تعداد کل گره ها زیاد باشد، شبکه پیچیده گره در نظر گرفته می شود.

1-5 پیچیدگی جریان

این شاخص به تعامل کل بین گره ها متکی است. معادلات (13) و (14) تعداد کل اتصالات شبکه در نظر گرفته شده را نشان می دهد که در آن هر بخش انتساب یک مرکز خاص به زیر مرکز را نشان می دهد. طبق این معیار، تعداد زیاد پیوندها منجر به پیچیدگی جریان بیشتر شبکه می شود.

  

درنهایت، تابع هدف (F1) با در نظر گرفتن ضرایب مجازات برای هر اندازه گیری که در بالا ذکر شد به دنبال کاهش قابلیت انعطاف پذیری شبکه است(معادله 15).

2.       تابع هدف دوم: تأثیرات اجتماعی تابع هدف

تابع هدف اجتماعی (F2) تأثیرات اجتماعی NCF، ECF، COC، BPC، BSC، EBC و ESC را در نظر می گیرد. فرض بر این است که:

بنابراین، عملکرد هدف اجتماعی را می توان به شرح زیر تعریف کرد:

در اینجا، f1  منجر به حداکثر رساندن کل فرصت های شغلی خارج از امکانات می شود. f2  تلاش می کند تا توسعه اقتصادی متعادل را به حداکثر برساند. حداکثر مقادیر f1 و f2 با به حداقل رساندن تابع هدف (F2) بدست می آید.

3.      تابع هدف سوم : تابع هدف هزینه

تابع هدف هزینه (F3) به منظور به حداقل رساندن هزینه کل شامل هزینه تأسیس، هزینه های متغیر، هزینه تولید، هزینه نگهداری موجودی، هزینه حمل و نقل و هزینه واردات است که به ترتیب زیر تعریف می شود :

1-3 هزینه های استقرار

 

2-3 هزینه های متغییر

3-3 هزینه های تولید

4-3 هزینه های نگهداری موجودی

5-3 هزینه های حمل و نقل

 6-3 هزینه های واردات

در نهایت، تابع هدف هزینه (F3) جمع معادلات (24-19) است.

 محدودیت ها (33-25) اطمینان می دهند که وقتی تخصیص در جریان مربوطه وجود داشته باشد، جریان بین هر گره نسبی مربوطه مجاز است.

محدودیت ها (39-34) تضمین می کنند که تخصیص در هر جفت گره تنها در صورت ایجاد تسهیلات تخصیص یافته انجام می شود.

محدودیت (42-40) به ترتیب نیازهای بیودیزل، گلیسیرین و بیواتانول را در استان های مختلف در هر دوره برآورده می کنند.

محدودیت ها (44-43) اطمینان می دهند که بذرهای کامل Neem و ES به COC منتقل می شوند. محدودیت (45) اطمینان حاصل می کند که باقی مانده جامد ES جمع آوری شده و به EBC منتقل می شود.

محدودیت ها (48-46) به ترتیب میزان بذر Neem، بذر ES و باقی مانده ES در هر مزارع زیر کشت را نشان می دهد.

محدودیت ها (50-49) به ترتیب میزان روغن های Neem و ES تولید شده در COC را در هر دوره نشان می دهد.

معادلات (52-51) به ترتیب مقدار بیودیزل و گلیسیرین تولید شده در BPC در هر دوره را بیان می کنند.

محدودیت (53) میزان تولید اتانول زیستی را در EBC در هر دوره توضیح می دهد.

معادله (54) نشان می دهد که موجودی بذرهای Neem در COC در هر دوره برابر است با جمع بذرهای باقی مانده از دوره قبل و مقدار بذرهای Neem تولید شده در همان دوره در نظر گرفته شده منهای مقدار روغن منتقل شده از COC به BPC.

معادله (55) موجودی بذر ES را در COC ارائه می دهد. معادلات (57-56) موجودی بیودیزل و گلیسیرین را در BPC نشان می دهد. معادله (58) موجودی بیودیزل را در BSC ارائه می دهد. محدودیت ها (60-59) به ترتیب موجودی بیواتانول را در EBC و ESC نشان می دهند.

محدودیت ها (62-61) به ترتیب محدوده پایین و بالا مکان های تعریف شده برای کشت Neem و ES را در نظر می گیرند.

معادلات (64-63) به ترتیب نشان دهنده گسترش ظرفیت و حدود پایین و بالای COC است. 

محدودیت ها (68-65) به ترتیب گسترش ظرفیت و حد پایین و بالا BPC و BSC را نشان می دهد.

محدودیت ها (72-69) به ترتیب گسترش ظرفیت و محدودیت پایین و بالاتر برای EBC و ESC را نشان می دهد.

محدودیت ها (77-73) به ترتیب محدودیت ظرفیت در COC ، BPC ، BSC ، EBC و ESC هستند.

محدودیت ها (82-78) محدودیت ظرفیت امکانات ذکر شده در بالا را نشان می دهد.

محدودیت ها(85-83) شرایطی را نشان می دهد که مراکز تقاضای گلیسیرین، بیودیزل و اتانول در آستانه مشخص نیستند. سطح نامطلوب واردات دانه های Neem و ES را می توان به ترتیب برابر (87-86) تعریف کرد.

روش حل :

برای مقابله با عدم قطعیت در مدل از روش a novel hybrid stochastic fuzzy-robust استفاده شده است. در نهایت برای مقابله با چند هدفه بودن و رسیدن به بهترین جواب از روش the weighted sum استفاده شده است. روش Robust fuzzy stochastic programming (RFSP) در دو گروه دسته بندی میشود : الف) possibilistic programming و ب) flexible programming .رویکرد اول برای مواجهه با عدم قطعیت در پارامترها استفاده می شود، در حالی که رویکرد دوم با انعطاف پذیری در مقادیر تابع هدف سروکار دارد.

The multi-objective stochastic fuzzy-robust programming (MOSFRP) به صورت زیر پیشنهاد شده است:

 با توجه به مسئله در نظر گرفته شده، اولین بخش در تابع هدف OF1 به عنوان مقدار متوسط احتمالی وزنی تعریف می شود. بخش دوم، تغییرات احتمالی تابع هدف نامیده می شود که نشان دهنده مقاومت بهینه در عدم قطعیت های عملیاتی است در حالی که بخش سوم در تابع هدف، تنوع سناریو برای هر سناریو است که مقاومت بهینه تحت عدم قطعیت های اختلال را ارائه می دهد. γ و λ به ترتیب به عنوان وزن اهمیت متغیرهای احتمالی و سناریو هستند. بخش چهارم و پنجم قدرت تحقق پذیری (feasibility robustness) نامیده می شوند که مجازات وزنی را برای نقض احتمالی هر محدودیت نشان میدهند. پارامترهای α و β هزینه مجازات را برای هر واحد نقض محدودیت ها (تقاضای عدم رضایت و کمبود ظرفیت) در مدل پیشنهادی بیان می کند.

مطالعه موردی

در این مطالعه موردی، مناطق جنوبی ایران به عنوان مناطق زیر کشت درختان Neem در نظر گرفته شده است تا علاوه بر تولید انرژی، مشکلات زیست محیطی را نیز بهبود بخشد، از طرف دیگر مناطق خشک و نیمه خشک به کشت ES اختصاص داده شده اند.

سالانه، هر درخت Neem می تواند 30 تا 50 کیلوگرم میوه با 10 درصد عملکرد هسته در زمان بلوغ تولید کند. فاکتورهای تبدیل بذرهای Neem و ES به روغن به ترتیب 40 و 35 درصد است. در شرایط مطلوب، عملکرد روغن Neem حدود 2670 کیلوگرم در هکتار است. عملکرد روغن ES بین 420 تا 590 کیلوگرم در هکتار است. فاکتورهای تبدیل روغن های Neem و ES به بیودیزل به ترتیب 94 و 7/87 درصد است. فرآیند استریزه سازی ابتدا توسط متانول و اسید سولفوریک در زمان و دمای خاص انجام می شود تا محتوای FFA روغن کاهش یابد. سپس، روغن خام پیش تصفیه شده برای تولید بیودیزل و گلیسیرین به عنوان محصول به مرحله ترانس استریفیکاسیون منتقل می شود. در فرآیند در نظر گرفته شده، از NaOH و متانول در شرایط مطلوب استفاده می شود. شکل 3 سایت های بالقوه COC ، BPC ، BSC ، EBC و ESC را نشان می دهد. جدول 2 سایتهای COC ، BPC و BSC را نشان می دهد در حالی که جدول 3 سایتهای EBC و ESC را نشان می دهد. در این مطالعه کامیونهای 40 تنی را برای حمل و نقل جاده ای در نظر گرفته شده است. بذر و باقی مانده ES حدود 4200 کیلوگرم در هکتار است. عملکرد بیواتانول از باقی مانده های خشک حدود 74 گالری بر تن است. برنامه ریزی افق 10 سال با 5 دوره در نظر گرفته شده است (هر دوره شامل 2 سال است). تهران، استانهای بزرگ و سایر استانها به ترتیب برای ترکیبات اتانول به E20، E15 و E10 و برای ترکیبات بیودیزل به B20، B15 و B10 خواهند رسید. برای هر استان، درصد ترکیبی برای هر دو بیواتانول و بیودیزل به ترتیب با E2 و B2 شروع می شود. گلیسیرین به 11 کارخانه تولید بهداشت در ایران تحویل می شود که تهران مسئول تولید 75٪ بهداشت است. مکانهای مناسب استانها توسط متخصصان برای کشت Neem و ES انتخاب شده اند. با توجه به نظرات آنها Neem خود را با مناطق جنوبی ایران سازگار می کند. از طرف دیگر، سازگاری ویژه ES با شرایط شدید و خاک حاصلخیز منجر به انتخاب زمین های بایر مناطق خشک و نیمه خشک ایران می شود. اتفاق نظر بین کارشناسان مختلف این است که زمین های قابل کشت کشور باید به کشت محصولات خوراکی اختصاص یابد. ایران پتانسیل قابل توجهی در صنعت سوخت های زیستی دارد، به ویژه برای محصولات قابل انعطاف غیر خوراکی و بقایای کشاورزی. رویکرد نسبت به محصولات متحمل به خشکی برای تولید سوخت های زیستی در ایران مورد توجه قرار گرفته است. مطابق با نظر کارشناسان، فاصله بین مزارع و پالایشگاه های زیستی باید کمتر از 100 کیلومتر باشد. تعداد معادلات و متغیرها به ترتیب 23،096 و 18،483 است.

نتایج محاسباتی

نتایج مدل از طریق حل کننده CPLEX در نرم افزار GAMS بدست می آید و تجزیه و تحلیل حساسیت برای کمک به تصمیم گیرنده ها در انتخاب بهتر با انتخاب مقادیر مناسب انجام شد.

1.  تعیین بهترین سایت های کاندید برای امکانات

شبکه ارائه شده برای یافتن مکانهای مناسب برای تأسیسات مختلف متمرکز بر تولید سوخت زیستی تنظیم شده است که کل تقاضای بیودیزل و بیواتانول در ایران را تأمین می کند. 9 مکان مناسب برای کشت Neem و ES با استفاده از مدل سوخت زیستی SCND انتخاب شده اند. سیستان و بلوچستان ، هرمزگان ، بوشهر و خوزستان به عنوان بهترین مکان مناسب برای مزارع Neem انتخاب شده اند که می تواند عمدتا مربوط به شرایط اقتصادی و اجتماعی باشد. از طرف دیگر، 4 استان برای تولید اتانول و بیودیزل انتخاب شدند که گیاهان ES را به عنوان مواد اولیه تولید کنند. سایت های ES انتخاب شده بیش از مزارع Neem به دلیل عملکرد کم درختان Neem قبل از اینکه به طور عادی تولید شوند، هستند. لازم به ذکر است که کمبود هر دو بذر در دوره های مختلف توسط تأمین کنندگان خارجی جبران می شود. بیشتر امکانات ذخیره سازی و توزیع با استفاده از مدل ایجاد شده است تا هزینه حمل و نقل و تحویل محصولات نهایی را کاهش دهد و تمام مناطق تقاضا را به طور کامل توسط امکانات مختلف پوشش دهد تا به بالاترین سطح رضایت تقاضا برسد. تعداد زیاد تاسیسات ایجاد شده منجر به کاهش خطرات ایجاد اختلال می شود. ظرفیت های کل تاسیسات تاسیس شده در دوره های مختلف تحت سه سناریوی در نظر گرفته شده در جدول 2 آورده شده است. با مقایسه سناریوهای مختلف، مشاهده شد که بیشترین ظرفیت تاسیسات باز شده برای بیشتر BPC ها و BSC ها به وضعیت تحت سناریو 3 اختصاص یافته است. مقابله با اختلالات. بالاترین ظرفیت کل برای COC، BPC، BSC، EBC و ESC به ترتیب. 6.00E+6, 7.00E+5, 1.12E+6, 9.88E+5 and 1.40E+6 است. سطح ظرفیت چندین تاسیسات در افق برنامه ریزی افزایش می یابد. در سناریو 1، ظرفیت BPC در استان اصفهان (2 = p) افزایش زیادی دارد و باید 4.47E+5  تن پس از دوره 1 به دست آورد. در سناریو 2، ظرفیت خراسان (3 = p) اندکی افزایش و ظرفیت BPC در خوزستان (p = 4) از 35,000  به 5.63E+5  تن پس از دوره 1 افزایش می یابد ، و BPC در سیستان و بلوچستان (5 = p) باید ظرفیت خود را افزایش دهد تا 5.99E+5  تن پس از دوره 1 در سناریو 1 و 6.092E+5  پس از دوره 3 در سناریو 2. ظرفیت ESC در استان فارس (n = 1) از 2.03E+5  به 6.36E+5  تن افزایش زیادی دارد دوره 2 در سناریو 2 و افزایش زیادی از 1.29E+5  به 9.51E+5  در سناریو 3. ظرفیت ESC در تهران (n = 2) رشد قابل توجهی از9.54E+5  به 1.40E+6  تن پس از دوره دارد 4. سرانجام ، ظرفیت ESC در خراسان J (n = 3) از 9.02E+5  تن به 1.22E+6  پس از دوره 1 در سناریو 1 افزایش می یابد.

2.       تنوع توابع هدف

در این بخش مقدار سه تابع هدف با در نظر گرفتن عوامل مختلف از جمله : انعطاف پذیری، مسئولیت اجتماعی و هزینه مقدار سه تابع هدف بدست آمده است (جدول 3). در آخر با بررسی نتایج نتیجه گرفته شده است که همزمان در نظر گرفتن Z1، Z2 و Z3 به عنوان توابع هدف نتایج بهتری را در میان سایر شرایط فراهم می کند.

3.        آنالیز حساسیت

در این بخش، تأثیر تغییرات مقدار پارامتر ∅ بر روی مقادیر f1 و f2 از تابع هدف دوم (معادله 18) بررسی شده است که طبق شکل زیر نتیجه گیری کرده اند، f1و f2 با توجه به تغییر در مقدار پارامتر ∅ دارای رفتار یکسان هستند. بنابراین، تصمیم گیرنده ها می توانند بهترین مقدار پارامترها را انتخاب کنند تا بهترین نتیجه را بگیرند.

سپس تاثیرات مقدار 3 γ روی تابع هدف زیر بررسی شده است که نتایج آن شکل های 7 و 8 هستند. باتوجه به تغییرات γ  ، تصمیم گیرنده ها باید مقدار پارامتر γ را بهبود بخشند تا بهترین نتیجه را بگیرند.

 سپس تأثیر γ2  بر مقدار A بررسی شده (شکل 9) که نشان میدهد افزایش γ2  باعث ایجاد یک نوسان جزئی در A شده است.

 

شکل 10 تجزیه و تحلیل حساسیت را برای مقادیر مختلف w نشان می دهد که w1، w2  و w3  به ترتیب ضرایب اهمیت توابع هدف اول، دوم و سوم هستند. در روش جمع وزنی در نظر گرفته شده، مقادیر توابع هدف با تغییر در W از 0.15 به 0.7 تغییر می یابد. همانطور که در شکل های 10، 7، 9 و 8 نشان داده شده است ، به ترتیب اهمیت بیشتری به توابع اول، دوم و سوم می دهند. به عنوان مثال، اگر معیار هزینه دارای بیشترین اولویت از طریق سایر معیارها برای تصمیم گیرنده باشد، وضعیت 8 باید به دلیل اختصاص دادن وزن بیشتر به ضریب w3 (0.7 =w3) انتخاب شود.

4.         بینش مدیریتی

این بخش به سیاست گذاران کمک می کند تا تصمیمات مناسب بگیرند و شبکه سوخت بیولوژیکی را به روشی بهینه مدیریت کنند. تعیین تصمیمات تخصیص مکان در مدل پیشنهادی به تصمیم گیرنده ها کمک می کند تا تعداد، مکان و ظرفیت مراکز تولیدی مناسب را در مدیریت زنجیره تأمین سوخت های زیستی انتخاب کنند. طراحی بهینه سوخت زیستی مقاوم در برابر انعطاف پذیری نقش بسزایی در دستیابی به تجارت گسترده بیودیزل و بیواتانول دارد و سرمایه گذاران را با سرمایه گذاری در این زمینه با کمک دولت ترغیب می کند. اقدامات انعطاف پذیری می تواند اختلالات غیر قابل پیش بینی در مدل پیشنهادی را کاهش داده و منجر به ارضای تمام خواسته ها در هر شرایطی شود. به عبارت دیگر، انتخاب بهترین معیارهای انعطاف پذیری شبکه را در مقابل اختلالات ایمن می کند و آن را قابل اعتمادتر می کند. مقادیر تابع هدف اول، دوم و سوم به ترتیب برابر است با 4.29E+10 ، 0.98  و 8.13E+10، که با در نظر گرفتن هر سه معیار اندازه گیری (انعطاف پذیری ، تأثیرات اجتماعی و هزینه) به طور همزمان میتوان به نتایج بهتر و طراحی مناسب شبکه که قابل استفاده برای تصمیم گیرنده ها است، رسید.

نتیجه گیری و پیشنهاد

این مقاله یک رویکرد ترکیبی پایدار و انعطاف پذیر را در پشتیبانی از طراحی شبکه زنجیره تامین چند دوره ای، چند محصولی و چند هدفه ارائه می دهد که به ترتیب از پنج و چهار بخش برای بیودیزل و تولید اتانول زیستی تشکیل شده است. این مدل برای تصمیم گیری در مورد تخصیص مکان در دوره های مختلف از جمله مکان و بهینه سازی ظرفیت مراکز تولید توسعه داده شده است. در این راستا، تصمیم گیرنده ها می توانند تصمیمات استراتژیک و تاکتیکی مناسبی را برای طراحی شبکه سوخت زیستی انتخاب کنند. چندین معیار جدید انعطاف پذیری همراه با پایداری و هزینه در مدل در نظر گرفته شده برای مواجهه با شرایط فاجعه بار ارائه شده است. برای مقابله با عدم قطعیت پارامترها از a stochastic fuzzy-robust approach استفاده شد. برای حل مدل چند هدفه، از روش جمع وزنی استفاده شد. در این روش، تصمیم گیرنده ها می توانند براساس دلخواه خود، وزن دلخواه خود را به هر عملکرد هدف اختصاص دهند. به عبارت دیگر، آنها را در یافتن راه حل های متعادل یا نامتوازن بر اساس اولویت هایشان یاری می کند. داده های مطالعه موردی برای نشان دادن کاربرد و اعتبار مدل ارائه شده است. نتایج نشان داد که در نظر گرفتن همزمان هر سه معیار انعطاف پذیری، تأثیرات اجتماعی و هزینه به عنوان عملکردهای عینی و ایجاد یک رابطه مبادله ای بین آنها منجر به بهترین راه حل بهینه می شود. در آخر، تجزیه و تحلیل حساسیت روی پارامترها انجام شده است که می تواند به تصمیم گیرنده ها در انتخاب دقت مقادیر کمک کند. مطالعات آینده می تواند الگوریتم های دقیق و ابتکاری را برای حل مدل متمرکز کند. علاوه بر این، می توان از توابع هدف دیگری برای افزایش رضایت از تقاضا و به حداقل رساندن تأثیرات زیست محیطی و مصرف انرژی کل شبکه استفاده کرد. به منظور مقابله با عدم اطمینان به روشی بهینه، می توان از استراتژی ها و رویکردهای مناسب دیگری استفاده کرد. سرانجام، طراحی شبکه زنجیره تأمین تولید سوخت زیستی از سایر محصولات سازگار با کشور نیاز به بررسی دارد.